مدل‌سازي و بررسي تأثيرات رژيم جريان بر حركت سيال درون محفظه سه‌بعدي با ديواره متخلخل

Modeling and Evaluation of the Flow Regime Effects on Fluid Movement into ThreeDimensional Channel with Porous Wall

در كار حاضر شبيه‌سازي سه‌بعدي رژيم جريان لغزش براي مطالعه دقيق محفظه پيل سوختي با ديواره پاييني متخلخل در ابعاد كوچك بررسي مي‌شود. اين بررسي براي مشخص نمودن تغييرات سرعت متوسط، اختلاف فشار و ضريب اصطكاك با توجه به مقدار جرم نفوذ يافته از ديواره متخلخل، مساحت سطح مقطع ديواره و محفظه و نسبت منظري محفظه انجام شده است. همچنين نتايج حاصله با مدل‌سازي به كمك رژيم جريان پيوسته، مقايسه شده است. در اين مدل‌سازي معادلات پايستگي جرم و مومنتوم براي رژيم‌هاي جرياني پيوسته و لغزشي به كمك كد توسعه داده شده در نرم‌افزار فرترن بررسي شده و با نتايج موجود در ادبيات فن مورد اعتبارسنجي قرار گرفته‌اند. نتايج براي مساحت سطح مقطع‌هاي مختلف براي اعداد نادسن متفاوت در دو رژيم پيوسته و لغزشي به دست آمده‌اند. با در نظر گرفتن نسبت منظري يك، با كاهش عدد نادسن، ضريب اصطكاك، سرعت متوسط و اختلاف فشار افزايش مييابد. همچنين با در نظر گرفتن رژيم لغزشي درون محفظه، مقدار سرعت متوسط، اختلاف فشار و ضريب اصطكاك دقيق‌تر (در بهترين حالت 5%) از رژيم غيرلغزشي محاسبه مي‌شوند. همچنين موقعي كه عدد نادسن و نسبت منظري به ترتيب برابر با 0/001 و 5 باشند، تغيير رژيم جريان از رژيم پيوسته به لغزشي سبب افزايش اختلاف فشار و سرعت متوسط پيش‌بيني‌شده مي‌شود.

In the present work a three-dimensional simulation of the slip flow regime for a small-sized channel of a fuel cell with lower porous wall. This study is used to determine the variations of average velocity, pressure difference, and friction coefficient considering the penetrated mass from porous wall, the wall and channel cross-sectional area, and aspect ratio of channel. Furtermore, the results are comprised with Continuous flow regime. In this solution, the equations of mass and momentum for continuous and slip regimes evaluated with developed Fortran code, and Validated with papers.The results with different channel area for two fluid regimes are obtained. Considering the aspect ratio equal to one, the friction coefficient average velocity, and the pressure difference are increased with decreasing at Knudsen number. Considering the slip regime into the channel, the friction coefficient, pressure difference and average velocity values are calculated more accurate (at best 5%), than non-slip regimes. Furthermore, when Knudsen number and aspect ratio are respectively equal to 0.001 and 5, changing the flow assumption from non-slip regime to slip one is occurred to increasing the expected pressure difference and average velocity.